本書(shū)精心選取了13個(gè)具有代表性的科技教育專(zhuān)題，包括榫卯、魯班鎖、九連環(huán)、拼圖、迷宮、平面連桿機構、千斤頂、古代滴漏計時(shí)工具、閥門(mén)、開(kāi)關(guān)、聲音傳感器、OpenCV軟件、異形泡泡。專(zhuān)題的學(xué)習與開(kāi)發(fā)過(guò)程遵循課標導向、跨學(xué)科綜合、創(chuàng )新設計的原則，每個(gè)專(zhuān)題都詳細描述了課標要求、內容設計、技術(shù)應用、創(chuàng )新創(chuàng )意、實(shí)踐反思等環(huán)節，以求引發(fā)科學(xué)探索，激活創(chuàng )新思維，提升探究意識。

本書(shū)以專(zhuān)題學(xué)習的形式引出相關(guān)理論，用理論指導項目的學(xué)習開(kāi)發(fā)，避免簡(jiǎn)單展示羅列對科技教育項目的介紹。在專(zhuān)題所創(chuàng )設的真實(shí)問(wèn)題情境和任務(wù)驅動(dòng)中，本書(shū)融合了科技創(chuàng )新教育的理念，旨在幫助讀者了解提升科技素養的教與學(xué)的方法，發(fā)展職前（職后）科學(xué)教師的探究實(shí)踐能力。

陳海深，博士，副教授，廣西師范大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院碩士生導師，主要從事科學(xué)、物理教育研究。系中國自然科學(xué)博物館協(xié)會(huì )繼續教育專(zhuān)家庫成員，廣西首屆基礎教育教學(xué)指導委員會(huì )副主任委員、廣西教育科學(xué)學(xué)科專(zhuān)家庫成員等。主持及完成省部級和廳級教改科研項目10項，在學(xué)術(shù)期刊上公開(kāi)發(fā)表論文40余篇。

第1章 榫卯裝置及其結構探秘

第2章 魯班鎖內部結構探秘與創(chuàng )新實(shí)踐

第3章 九連環(huán)益智玩具的探究與創(chuàng )新實(shí)踐

第4章 拼圖的分類(lèi)探究與創(chuàng )新實(shí)踐

第5章 迷宮的項目學(xué)習與探究實(shí)踐

第6章 平面連桿機構的結構探秘

第7章 千斤頂的實(shí)驗探究與創(chuàng )新實(shí)踐

第8章 滴漏的項目探析與創(chuàng )新實(shí)踐

第9章 閥門(mén)的項目學(xué)習與探究實(shí)踐

第10章 開(kāi)關(guān)的項目學(xué)習與探究實(shí)踐

第11章 聲傳感器的項目學(xué)習與探究實(shí)踐

第12章 基于OpenCv圖像識別軟件的項目式學(xué)習與創(chuàng )新實(shí)踐

第13章 異形泡泡實(shí)驗的探索與實(shí)踐

后 記

主要參考文獻

前 言

隨著(zhù)我國新一輪基礎教育改革的不斷發(fā)展和深入推進(jìn)，教育界對學(xué)生的創(chuàng )新能力和核心素養的培養要求也不斷提高。一方面，人工智能、量子計算、集成電路和腦科學(xué)等現代科技正以前所未有的速度改變人們的學(xué)習與生活方式，傳統的教學(xué)方法、教學(xué)內容和教學(xué)手段不僅難以滿(mǎn)足社會(huì )變革的需要，而且難以適應學(xué)生學(xué)習方式的變化；另一方面，認知神經(jīng)科學(xué)、腦成像技術(shù)、虛擬現實(shí)技術(shù)和信息技術(shù)等各種新興技術(shù)日新月異，使得教育資源的形態(tài)和內容更加多樣化，也為教學(xué)方法和教學(xué)手段的創(chuàng )新提供了更多的可能性。在這樣的背景下，科技教育項目學(xué)習主題的開(kāi)發(fā)成了當今教育領(lǐng)域的重要議題。

為了更好地促進(jìn)科技與教育的融合，提高科技教育的質(zhì)量，實(shí)現科技教育項目學(xué)習主題系統、整合、多元與深度的開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)長(cháng)期科技教育一線(xiàn)課堂教學(xué)的實(shí)踐與研究，我們精心選取并整合了多個(gè)原創(chuàng )教學(xué)案例和項目學(xué)習主題匯成本書(shū)，旨在基于項目化學(xué)習、創(chuàng )客教育、STEAM教育和深度學(xué)習等理念，借助現代（軟件）技術(shù)、信息技術(shù)和教育技術(shù)等手段，提高（職前）科技教師的核心素養和教育創(chuàng )新能力。

本書(shū)選取了多個(gè)具有代表性的科技教育項目學(xué)習主題和教學(xué)案例，以案例引出理論，用理論剖析案例，避免灌輸式教學(xué)。（職前）科技教師可以在系列項目學(xué)習主題所創(chuàng )設的真實(shí)教學(xué)情境中體驗教與學(xué)的方法創(chuàng )新，聚焦和發(fā)展自身的探究實(shí)踐能力與創(chuàng )新能力；一方面，通過(guò)中國知網(wǎng)、超星、谷歌等網(wǎng)絡(luò )平臺，搜集線(xiàn)上與線(xiàn)下的科技教育項目學(xué)習內容，從系統化、跨學(xué)科和深度學(xué)習的視角，綜合開(kāi)發(fā)傳統科技教育主題與素材；另一方面，在師范生課堂上引發(fā)項目學(xué)習討論，開(kāi)展創(chuàng )意頭腦風(fēng)暴，澄清開(kāi)發(fā)疑惑，提升教育創(chuàng )新認識。本書(shū)在項目學(xué)習主題整合與創(chuàng )新開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，遵循教育價(jià)值導向、內容豐富、方法創(chuàng )新、難度適中的原則，力求為讀者呈現全面、深入的科技教育項目學(xué)習主題開(kāi)發(fā)模式和實(shí)踐經(jīng)驗。每個(gè)項目都詳細描述了課程目標、教學(xué)大綱、科學(xué)史溯源、內容整合、探究實(shí)踐和創(chuàng )新開(kāi)發(fā)等環(huán)節，以便讀者了解科技教育項目學(xué)習主題開(kāi)發(fā)的完整流程和關(guān)鍵要素。每個(gè)項目學(xué)習主題均包含針對不同年齡段學(xué)生設置的課程目標，旨在培養學(xué)生的科學(xué)思維、創(chuàng )新能力和探究實(shí)踐素養。

分析這些典型的科技教育項目學(xué)習主題，我們可以凝練一些共性和特點(diǎn)。首先，這些主題的創(chuàng )新開(kāi)發(fā)均凸顯了學(xué)生的主體地位，注重培養學(xué)生的探究能力與核心素養，并能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣和積極性；其次，科技教育項目學(xué)習主題開(kāi)發(fā)過(guò)程充分利用線(xiàn)上線(xiàn)下的各類(lèi)教育資源和課程資源，構建了系統性、整合性、有深度的項目學(xué)習案例；再次，科技教育項目學(xué)習主題開(kāi)發(fā)運用了項目式學(xué)習、跨學(xué)科學(xué)習、深度學(xué)習和大單元學(xué)習等理念，對中國傳統科技教育主題進(jìn)行了深度挖掘和創(chuàng )新開(kāi)發(fā)；最后，這些項目學(xué)習主題都運用了現代（軟件）技術(shù)，并結合科技教育的新思想和新理念，以適應科技教育發(fā)展的新需要。

從培養（職前）科技教師的角度來(lái)看，通過(guò)對科技教育項目學(xué)習主題的研討和對科技活動(dòng)創(chuàng )新實(shí)踐專(zhuān)題的探索，（職前）科技教師可形成較強的科技教育資源開(kāi)發(fā)能力和教育創(chuàng )新能力，不僅能重燃探究熱情，強化探究實(shí)踐的過(guò)程，還可以提升跨學(xué)科學(xué)習的意識和運用現代（軟件）技術(shù)的能力，進(jìn)而產(chǎn)生真正意義上的深度學(xué)習。

在本書(shū)出版之際，我要感謝廣西師范大學(xué)2018級、2019級科學(xué)教育專(zhuān)業(yè)選修“科技教育資源開(kāi)發(fā)與實(shí)踐”課程的學(xué)生，是你們在課程學(xué)習過(guò)程中的努力實(shí)踐和深入探索給了我成書(shū)的動(dòng)力和信心；特別感謝我的研究生李紅燕在本書(shū)整理過(guò)程中提供的幫助；感謝參與科技教育資源課程開(kāi)發(fā)的廣西師范大學(xué)科學(xué)教育研究所的同仁，感謝他們?yōu)榭萍冀逃Y源開(kāi)發(fā)提供的各類(lèi)指導與建議；感謝廣西壯族自治區科學(xué)技術(shù)情報研究所李曉茵參與本書(shū)框架設計，以及部分內容的完善。感謝廣西師范大學(xué)出版社的支持與協(xié)助，不僅讓本書(shū)能夠順利出版，而且為科技素養教育的創(chuàng )新發(fā)展注入了新的活力。

面對未來(lái)，我深感科技素養教育的責任重大。隨著(zhù)科技的飛速發(fā)展，科技教育項目學(xué)習主題的開(kāi)發(fā)與創(chuàng )新將迎來(lái)更多挑戰與思考。期待廣大讀者能從本書(shū)獲得啟發(fā)，共同探索科技教育項目學(xué)習資源開(kāi)發(fā)的創(chuàng )新視野。讓我們攜手前行，共同探索科技教育項目開(kāi)發(fā)更豐富的應用場(chǎng)景，形成更美好的育人生態(tài)！

作者

2024年3月

北京師范大學(xué)物理與天文學(xué)院　李春密教授：

我非常愿意閱讀這樣的著(zhù)作，一方面這有助于我了解青年教師的教學(xué)思想和心路歷程，另一方面也有助于我自己補充有關(guān)的經(jīng)驗。這本書(shū)引發(fā)了我對傳統科技教育和現代教育創(chuàng )新的深度思考。在科技不斷發(fā)展的今天，一方面，需要利用現代（軟件） 技術(shù)開(kāi)發(fā)傳統的科技教育項目，挖掘新的科技教育主題；另一方面，需要進(jìn)一步創(chuàng )新科技教育教與學(xué)的方式，以提升青少年的科技素養和創(chuàng )新創(chuàng )造能力。

本書(shū)可以更好地促進(jìn)科技與教育的融合，提高青少年的科技素養教育。在跨學(xué)科學(xué)習、項目式學(xué)習、創(chuàng )客教育等理念的引領(lǐng)下，本書(shū)利用現代軟件技術(shù)、教育技術(shù)、數字化技術(shù)等手段，經(jīng)過(guò)長(cháng)期的課堂教學(xué)與實(shí)踐研究，精心開(kāi)發(fā)與整合多個(gè)科技創(chuàng )新教育項目的原創(chuàng )主題案例，并對傳統的科技主題活動(dòng)和科學(xué)實(shí)驗進(jìn)行創(chuàng )新的探索與開(kāi)發(fā)，旨在提升學(xué)生的科技核心素養和創(chuàng )新實(shí)踐能力。

榫卯工藝所蘊含的陰柔之美、相輔相成、睦鄰友好的人生觀(guān)和價(jià)值觀(guān)與中華傳統文化的聯(lián)系非常緊密。但如今榫卯工藝面臨不少問(wèn)題：如缺乏關(guān)注、傳承人少且應用范圍很窄，人工投入、技術(shù)的不足和它本身的性質(zhì)等也成為榫卯工藝發(fā)展的限制因素。

建筑中的榫卯結構主要分為4類(lèi)：柱、梁、枋、斗拱。中國的木建筑構架一般包括柱、梁、枋、斗拱等基本構件，這些構件相互獨立，需要用一定的方式連接才能組成房屋。在中國傳統古建筑中，原則上采取榫卯連接的方式，必要時(shí)也會(huì )用鐵釘。

柱作為古建大木結構的重要承重構件之一，主要用于垂直承受建筑上部傳來(lái)的作用力。古建筑的柱子與梁是通過(guò)榫卯方式連接的，即柱頂做成卯口形式，梁端做成榫頭形式，插入柱頂預留的卯口中。

時(shí)間是由過(guò)去、現在、將來(lái)組成的連續不斷的系統，人類(lèi)文明誕生之初，人類(lèi)便開(kāi)始通過(guò)計量時(shí)間來(lái)描述萬(wàn)物的變化，并由此誕生了一系列計時(shí)工具?，F代多以鐘表為計時(shí)工具，在科技水平有限的古代，滴漏是典型的計時(shí)工具之一，在世界各地都有類(lèi)似的結構，是古代勞動(dòng)人民智慧的結晶?？v觀(guān)滴漏的整個(gè)發(fā)展史，可以了解滴漏在不同時(shí)期是如何反映該時(shí)期生產(chǎn)力發(fā)展水平的，又是如何助推生產(chǎn)力發(fā)展的。